CN204666993U - 一种低电压升压反射式光纤在线电光调q开关 - Google Patents

Abstract

本实用新型的低电压升压反射式光纤在线电光调Q开关由单纤准直器、偏振元件组件、四分之一波片、电光晶体组件、反射镜组件和升压控制电源组成，是一种带有光纤输入输出的升压反射式电光调Q开关，结构简单紧凑，使用方便；采用反射式结构并在设计上大大降低了工作电压，典型值为200-500V可调，极大提高了产品的可靠性、大幅降低了成本；自带信号与外信号可切换，并能在0-100KHz范围内任意调节；脉宽可调；开关速度快，极大提高了激光峰值功率；在结构和性能上都有很大的优越性。作为高功率激光器核心器件，广泛应用于通信、传感、加工、军事、科研等领域。

Description

一种低电压升压反射式光纤在线电光调Q开关

技术领域

本实用新型涉及光纤传感、光纤通信、激光加工、医疗、军事、科学研究等领域，尤其是一种低电压升压反射式光纤在线电光调Q开关。

背景技术

在现代光纤传感、光纤通信、激光加工、医疗、军事、科学研究等领域，电光调Q开关是一种关键元器件。电光调Q是利用晶体的电光效应，在加有一阶跃迁电压情况下入射光偏振态发生改变，调节激光器谐振腔的损耗，控制光能累积、释放。将一般输出的连续或脉冲激光能量压缩到宽度极窄的脉冲中发射，大大提高光源的峰值功率。但是目前常规的电光调Q开关体积大、频率低，且半波电压比较高，需要几千伏的高压脉冲驱动，对其他电子线路易造成干扰。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供结构简单、体积小、频率高、驱动电压低并能获得很高的消光比的低电压升压反射式光纤在线电光调Q开关。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种低电压升压反射式光纤在线电光调Q开关，所述的低电压升压反射式光纤在线电光调Q开关由单纤准直器、偏振元件、四分之一波片、电光晶体组件、反射镜组件和升压控制电源组成。

所述的单纤准直器，包括单光纤1、单纤毛细管2、第一固定器4和正透镜3；单光纤1置于单纤毛细管2的内部，正透镜3置于单纤毛细管2的右侧，第一固定器4套在单纤毛细管2及正透镜3的外部并固定，光纤1的端面位于正透镜3的后焦面上。

所述的偏振元件组件，包括偏振元件5和第二固定器7，偏振元件5靠左置于第二固定器7内并固定。

所述的四分之一波片6贴近偏振元件5右侧置入第二固定器7内固定。

所述的电光晶体组件，包括电光晶体12、第一导电电极8、第二导电电极9、固定板和第一电极引脚10、第二电极引脚11；第一导电电极8置于电光晶体12上侧，与电光晶体12上表面紧密贴合并一起绝缘固定到固定板上；第二导电电极9置于电光晶体12下侧，与电光晶体下表面紧密贴合并绝缘固定到固定板上；第一导电电极8与第一电极引脚10连接，第二导电电极9与第二电极引脚11连接；控制电源的正极引脚和负极引脚分别与第一电极引脚10、第二电极引脚11连接。

所述的反射镜组件，包括反射镜13和第三固定器14，反射镜13靠左置于第三固定器14内并固定；

优选的，所述的单纤1可以是单纤、多模光纤、双包层光纤、保偏光纤。

优选的，所述的偏振元件5能起偏及检偏，可以是镀偏振膜元件、二向色性偏振元件、双折射晶体、纳米光栅。

优选的，所述的偏振元件5的内径与第二固定器6的外径相匹配，且偏振元件5左右两侧端面研磨抛光成一定角度，且两端面平行，并镀有增透膜。

优选的，所述的电光晶体12左右两侧端面研磨抛光，并镀有增透膜。

优选的，所述的电光晶体12种类是KDP类晶体或LiNbO3，PPLN, LiTaO3，AsGa，BGO电光晶体，晶体厚度0.5mm-5mm，可承受平均几瓦高功率脉冲激光，其厚度长度比能使工作的四分之电压低于1000V，典型值为200V-500V。

优选的，所述的反射镜13，可以是多层介质膜高反镜、金属膜高反镜，它们的反射面都是平面度高的平面，且表面光洁度优良。特别的，高反镜还可以是截止膜或带通膜，以达到特殊的滤模选模目的。

优选的，所述的第一电极8、第二电极9，可以是薄导电金属片，也可以是导电镀层。

优选的，所述的四分之一波片，可以是石英晶体波片、云母波片及方解石波片。从结构上，所述的四分之一波片，可以是多级波片、零级波片和组合波片。

优选的，所述的控制电源是升压式电源，自带信号与外部信号可切换，输出波形近方波，上升电压时间小于10ns，典型值为5-8ns，下降时间小于40ns，典型值为30ns-40ns；其重复频率0-100KHz固定或可调；脉宽1ns-1μs 固定或可调，工作电压小于1000V，典型值为200V-500V连续可调。

由于采用了上述方案，本实用新型提供的低电压升压反射式光纤在线电光调Q开关能将一般输出的连续或脉冲激光能量压缩到宽度极窄的脉冲中发射，从而使光源的峰值功率可以提高几个数量级。光纤化结构、小型化封装尺寸、低的驱动电压、较高的调制频率，可调的脉宽，以及高的消光比，在结构和性能上都有很大的优越性，广泛应用于光纤传感、光纤通信、激光加工、医疗、军事、科学研究等领域。

附图说明

图1是低电压升压反射式光纤在线电光调Q开关结构示意图。

图2是低电压升压反射式光纤在线电光调Q开关电源结构简图。

具体实施方式        

如图1所示，单纤准直器由单纤1、用以固定单纤1且便于耦合对准的单纤毛细管2、具有准直作用的正透镜3、第一固定器4及起固定作用的材料（如胶粘剂）组成；通过起固定作用的材料将单纤1固定在单纤毛细管2的内部，然后将单纤1的端面按一定角度研磨抛光用以抑制反射光，并加以镀增透膜可以得到优化的性能；单纤1的端面与正透镜3的距离通过调试后应位于正透镜3的后焦面上以达到良好准直效果；

用起固定作用的材料（如胶粘剂）将偏振元件5靠左固定在第二固定器7的内部，然后用起固定作用的材料（如胶粘剂）将四分之一波片6贴近偏振元件右侧固定。偏振元件左右两侧端面研磨抛光成一定角度，且两端面平行，并镀有增透膜，用以减少透射损耗并避免反射光沿原路返回，从而得到更优化的性能。

具体实施时，将反射镜13靠左置入固定器14，并用起固定作用的材料（如胶粘剂）将反射镜固定在固定器内或一侧。

偏振元件具有双折射效应，一束自然光经单纤准直器准直入射到偏振元件后，分解成偏振态相互垂直的两束线偏振光：o光和e光；o光为寻常光，符合折射定律，e光为非常光，不遵循折射定律。当两束线偏光：o光和e光沿原路反向入射偏振元件后，能够复合成一束自然光出射。但是如果反向入射的o光变e光，e光变o光，则两束光不能复合成一束光，而是彼此分离并偏离原光路。四分之一波片是一种偏振元件制成的波片，能够将相应波长的线偏振光的偏振态旋转45°。如果此线偏光从另一侧入射四分之一波片，其偏振方向继续向相同方向旋转45°。

电光晶体组件由电光晶体12、第一导电电极8、第二导电电极9、固定板、电源正极导线引脚10、负极导线引脚11和起固定作用的材料（如胶粘剂、焊锡）组成。

电光晶体是一种具有电光效应的晶体，电光晶体在没有外加电压时，光的偏振态不会发生改变。一束自然光经偏振元件后分解成偏振态相互垂直的的两束线偏光o光和e光出射，经四分之一波片后，两束线偏光的偏振态旋转45°，经电光晶体后，偏振态不变， o光和e光保持45°偏转出射，经反射镜反射后，两束偏振光沿原路返回，再次经过电光晶体后，两偏振光的偏振方向保持不变，再次入射到四分之一波片后，两束偏振光继续旋转45°，与第一次入射四分之一波片的两束偏振光o光和e光相比，偏振态各自偏转90°，即o光变e光，e光变o光。此时两束偏振光入射到偏振元件时，e光和o光彼此背离，且偏离原光路，无法被光纤准直器接收，从而产生光抑制。此特别的，当偏振元件光轴与电光晶体等效光轴成某一确定角度时，单纤准直器接收光能最少，此时消光比最高，腔内损耗最大。

当加有相应波长的四分之电压后，电光晶体能够使光的偏振态旋转45°。自然光经偏振元件后形成偏振态相互垂直的两束线偏振光：o光和e光，两束线偏光入射到四分之一波片后，两束光的偏振态旋转45°，入射到电光晶体后，两束光的偏振态继续旋转45°出射，此时两束线偏光的偏振态与第一次入射四分之一波片前的偏振态相比，旋转了90°，此时o光变e光，e光变o光。经反射镜反射后，两束线偏光沿原路返回，再次经电光晶体后，两束线偏光的偏振方向继续向同一方向旋转45°，再入射到四分之一波片后，两束线偏光的偏振方向继续向同一方向旋转45°相比于从偏振元件出射的两束偏振光，偏振方向各自旋转了180°。使得反射镜反射回的e光又变回o光，反射镜反射回的o光又变回e光，与从偏振元件出射的两束线偏光偏振态完全吻合。两束线偏光沿各自光路原路返回，经偏振元件后，o光和e光复合成一束光出射，经单纤准直器接收并输出，此时腔内损耗最小。

具体实施时，为将所需位置固定，将偏振元件和电光晶体组件放置到内径尺寸与电光晶体相适配的壳体内，壳体两端开有内径比第一固定器和固定器外径稍大的圆窗，圆窗中心与偏振元件和电光晶体中心轴线在同一直线上，将单纤准直器用五维调节价夹持固定，并置于电光晶体组件的左侧；将反射镜组件用五维调节价夹持固定，并置于电光晶体组件的右侧；准直器中心和反射镜中心对准壳体左右两侧圆孔中心，且准直器、偏振元件、电光晶体和反射镜三者之间间隙控制在2mm左右。

具体实施时，电光晶体上先加相应波长的四分之电压，调节单纤准直器、偏振元件-电光晶体组件和反射镜三者之间的角度位置关系，使入射光插损最小；去掉电压后通过旋转偏振元件-四分之一波片组件外侧的固定器来旋转偏振元件，调整偏振元件晶轴与电光晶体的等效光轴成特定角度，使入射光插损最大。调好后根据需要和工艺特点可用桥接件固定封装，封装工艺可用胶固定，可用锡钎焊，封装后封装体应是密封的；为对初步封装件起更好保护作用，可根据需要再次做外部封装。

本实用新型提供的低电压退压反射式光纤在线电光调Q开关，光纤准直器的引入以及电光晶体小厚度长度比的设计，小型化了封装尺寸、大大降低了驱动电压、得到较宽的调制频率、较宽的脉宽调节范围，以及高的消光比，使得其驱动电压典型值200-500V, 远低于常规电光调Q的2000V的驱动电压；其调制频率高且在0-100kHz内可调，是常规电光调Q几十Hz到几千Hz调制频率的几十倍到几百倍；开关时间短，速度快，调制脉冲近方波，脉宽窄，1ns-1μs固定或可调，输出光峰值功率更高，使用更方便；同时光纤化了电光调Q开关，具有很大的易用性和很高集成度。在应用时不用对光路进行麻烦的调节和做复杂的防振防尘保护，是免维护的，大大降低了成本，在结构、可靠性和性能上都有很大的优越性，作为光纤激光器的核心部件广泛应用于光纤传感、光纤通信、激光加工、医疗、军事、科学研究等领域。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种低电压升压反射式光纤在线电光调Q开关，其特征是由单纤准直器、偏振元件组件、四分之一波片、电光晶体组件、反射镜组件和升压控制电源组成，偏振元件组件置于单纤准直器的右侧，电光晶体组件置于反射镜组件左侧，四分之一波片置于偏振元件组件与电光晶体组件之间，升压控制电源与电光组件相连接。

2.根据权利要求1所述的低电压升压反射式光纤在线电光调Q开关，其特征是单纤准直器包括单光纤（1）、单纤毛细管（2）、第一固定器（4）和正透镜（3）；单光纤（1）置于单纤毛细管（2）的内部，正透镜（3）置于单纤毛细管（2）的右侧，第一固定器（4）套在单纤毛细管（2）及正透镜（3）的外部并固定，光纤（1）的端面位于正透镜（3）的后焦面上。

3.根据权利要求1所述的低电压升压反射式光纤在线电光调Q开关，其特征是偏振元件组件包括偏振元件（5）和第二固定器（7），偏振元件（5）靠左置于第二固定器（7）内并固定，四分之一波片（6）贴近偏振元件（5）右侧置入第二固定器（7）内固定。

4.根据权利要求1所述的低电压升压反射式光纤在线电光调Q开关，其特征是电光晶体组件包括电光晶体（12）、第一导电电极（8）、第二导电电极（9）、固定板和第一电极引脚（10）、第二电极引脚（11）；第一导电电极（8）置于电光晶体（12）上侧，与电光晶体（12）上表面紧密贴合并一起绝缘固定到固定板上；第二导电电极（9）置于电光晶体（12）下侧，与电光晶体下表面紧密贴合并绝缘固定到固定板上；第一导电电极（8）与第一电极引脚（10）连接，第二导电电极（9）与第二电极引脚（11）连接；控制电源的正极引脚和负极引脚分别与第一电极引脚（10）、第二电极引脚（11）连接。

5.根据权利要求1所述的低电压升压反射式光纤在线电光调Q开关，其特征是反射镜组件包括反射镜（13）和第三固定器（14），反射镜（13）靠左置于第三固定器（14）内并固定，反射镜（13）可以是多层介质膜高反镜、金属膜高反镜，或是截止膜或带通膜，以达到特殊的滤模选模目的，其反射面平面度高且表面光洁度优良。

6.根据权利要求2所述的低电压升压反射式光纤在线电光调Q开关，其特征是单纤准直器的光纤是单模光纤或多模光纤、双包层光纤、稀土掺杂光纤、保偏光纤。

7.根据权利要求3所述的低电压升压反射式光纤在线电光调Q开关，其特征是偏振元件能起偏和检偏，可以是双折射晶体、镀偏振膜元件、二向色性偏振元件、纳米光栅，四分之一波片，可以是石英晶体波片、云母波片及方解石波片，或是多级波片、零级波片和组合波片。

8.根据权利要求1所述的低电压升压反射式光纤在线电光调Q开关，其特征是控制电源为升压式电源，自带信号与外部信号可切换，输出波形近方波，电压下降时间小于40ns，上升时间小于10ns；其重复频率0-100KHz固定或可调；脉宽1ns-1μs 固定或可调，工作电压200V-1000V连续可调。

9.根据权利要求4所述的低电压升压反射式光纤在线电光调Q开关，其特征是电光晶体（11）是LiNbO₃晶体或KDP，PPLN，LiTaO₃，AsGa，BGO晶体，晶体厚度0.5mm-5mm，可承受平均几瓦高功率脉冲激光，改变其厚度长度比能使工作电压在200V-1000V内任意改变。

10.根据权利要求4所述的低电压升压反射式光纤在线电光调Q开关 ，其特征是所述的第一电极（7）、第二电极（8）为导电的薄金属片，或是在晶体上下面镀的导电膜层。